DSP在高頻開關電源的控制

數字信號處理器（ｄｓｐ）已廣泛應用在高頻開關電源的控制，采?。洌螅鹱鳛樽冾l電源的控制核心，可以用最少的軟硬件實現靈活、準確的在線控制。數字信號處理器ｔｍｓ３２０ｌｆ２４０７既有一般ｄｓｐ芯片的特點，還在片內集成了許多外設電路，使其可以很方便地實現變頻電源控制。本文中，控制系統(tǒng)采用了工程應用較多的正弦脈寬凋制技術，該技術具有算法簡單，硬件實現容易，諧波較小等優(yōu)點，可以充分發(fā)揮ｄｓｐ的高速性、實時性、可靠性等方面的特點，結合相應的軟件，應用一些改進的算法實現了ｓｐｗｍ調制，輸出了質量較好、頻率和幅值可任意改變的控制信號?！　。薄∠到y(tǒng)的結構　　變頻電源采用高頻ｓｐｗｍ技術和通用電壓型單相全橋逆變電路，選取ｉｃｂｔ功率模塊作為開關器件，控制電路采用全數字化設計?！　≥敵鲭妷汉碗姼须娏魍ㄟ^采樣網絡，將輸入信號轉換為ｔｍｓ３２０ｌｆ２４０７所需要的電平，接至ｔｍｓ３２０１ｆ２４０７的ａ／ｄ轉換口。通過鍵盤鍵入所要求的輸出電壓值、頻率值，由ｓｃｉ模塊與ｄｓｐ實現通訊。得到逆變器當前工作的基準電壓信號，經過電壓電流調節(jié)器獲得實際的正弦調制信號，與ｄｓｐ定時器產生的三角波載波信號相交截，輸出帶有一定死區(qū)的驅動控制信號，經驅動單元進行隔離放大后送到ｉｇｂｔ。ｄｓｐ可以把當前時刻的輸出電壓、頻率值送給單片機并在８位ｌｅｄ上顯示出來。為了保證過壓、欠壓、過流（過載）的情況下能有效地保護功率開關和負載，在本系統(tǒng)中設置了保護電路，一旦出現故障，ｐｄｐｉｎｔ引腳為低電平狀態(tài)，封鎖驅動脈沖控制信號，切斷變頻電源輸出?！　。病。螅穑鳎聿ǖ能浖O計　　變頻電源研制的核心是ｓｐｗｍ波的生成，可利用ｄｓｐ通過軟件來實現，系統(tǒng)采用了雙閉環(huán)反饋的控制策略，其外環(huán)為輸出電壓反饋，電壓調節(jié)器一般采用ｐｉ形式，電感電流反饋構成內環(huán)，電流環(huán)設計為比例環(huán)節(jié)。由圖ｌ可以看出，輸出電壓的信號經調理采樣生成ｖｆ后直接反饋，與參考正弦電壓ｖｒｅｆ比較后，經ｐｉ調節(jié)后作為電流內環(huán)的給定信號ｉｇ。其與電感電流反饋值ｉｆ比較得到的誤差經ｐ調節(jié)，作為調制波與三角載波進行交截產生ｓｐｗｍ開關信號。為了便丁變頻器在線調試，所生成的ｓｐｗｍ波調制比必須可在一定范圍任意改變，且誤差較小。由上所述，可知ｓｐｗｍ波的生成涉及３個方面：獲得參考止弦電壓ｖｒｅｆ、實現電壓電流雙閉環(huán)控制、產生三角載波。其中，三角載波的實現很簡單，可由ｄｓｐ中的通用定時器產生，本設計中，使用了通用定時器ｌ，可根據載波頻率確定定時器ｌ中的周期寄存器ｔｉｐｒ的值。下面著重介紹前兩個方面所涉及的沒計和算法?！　。玻臁』鶞收译妷盒盘柕纳伞　。洌螅饘崟r地從單片機讀取所需要的電壓的頻率和幅值作為當前輸出電壓的基準（給定）。獲取當前時刻的正弦值，基準正弦信號是通過查表法產生的。在數字控制系統(tǒng)中正弦基準信號就是一個正弦數據表格，故應將正弦波按其表達式制成０°～３６０°的表格供查用，在本設計中，正弦數據表格中數據點數選為１０２４，可將其數值放在片外數據存儲器。有如卜關系式：　　式中：ｆｓ為當前時刻調制頻率；　　ｔ為采樣時刻；　?。顬楫斍皶r刻處在整個調制周期的第ｎ個脈沖。　　由于本系統(tǒng)系變頻電源，即ｆｓ是在變化的，且系統(tǒng)采用的是異步調制，所以ｎ也是隨ｆｓ變化而變化的。由此必須實時變化定時時間ｔ以確保整個周期的脈沖數最大限度地接近整數，以避免或減少輸出波形含有基波的子諧波；此外，還須實時地改變脈沖序列，以保證輸出電壓值不發(fā)生較大的跳變?！　。玻保薄崟r改變定時時間　　假設ｆｓ＝４００?。瑁瑒t頻率凋制比ｍｆ為　　由于整個周期的脈沖數ｎｅ超過１，所以ｎｅ只能選用定標為ｑ０，即ｎｅ只能為整數，所以ｎｅ＝６２，從而在脈沖數上出現了相差了ｏ．５個，反映在橋臂輸出電壓上，有正負輸出所含的脈沖數不相同。由此會產生基頻的子諧波?！　∪绻覀円援斍暗拿}沖數ｎｅ回推出開關頻率，則有ｆｃ＝６２ｘ４００＝２４．８ｋｈｚ，這樣確定的開關頻率，就最大限度地保汪了正負調制周期的脈沖數近似相同。設計中，定時器１的工作方式設定為連續(xù)增減計數方式，故其中ｆｃｐｕ＝２０　ｍｈｚ為時鐘頻率，開關頻率２５?。耄瑁鷷r可得定時時間ｔ為４０μｓ，ｔ１ｐｒ為４００；而開關頻率為２４．８　ｋｈｚ時可得定時時間ｔ為４０．６５μｓ，ｔ１ｐｒ為４０３．２２５，ｔ１ｐｒ定標為ｑ０，所以只能為整數４０３，故求得頻率調制比所以正負調制周期的脈沖數相差極少，為０．０３５，這樣就最大限度的消除了基頻的子諧波?！　。玻保病崟r改變脈沖序列　　當頻率不發(fā)生改變時，ｄｓｐ按原來的輸出序列（ｎ＝１，２，…ｎｅ）循環(huán)輸出脈沖，設在第ｎ個周期時，頻率